(57)【要約】      （修正有）【課題】コストを低減することができ、また対向基板に用いる材料の自由度が高められた色素増感型太陽電池を提供する。【解決手段】陽極２が透明基板４に設けられていることで、対向基板５に高価な材料を用い且つ厳密な工程を経て陽極２を設ける必要がなく、コストを低減することができる。また対向基板４は陽極２を設ける必要がなくなることから任意の材料を用いることができるようになり、対向基板４を形成する材料の自由度が高められることとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、対向基板と、半導体材料に増感色素を担持させた光電極層と、電解質層と、前記透明基板に設けられ集電と陰極とを兼ねる透明導電性被膜と、陽極とを備え、前記透明導電性被膜上に前記光電極層が形成され、前記光電極層と前記陽極との間に前記電解質層が介在するようになされた色素増感型太陽電池であって、前記陽極が前記透明基板に設けられていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項２】
前記陽極は、前記導電性被膜上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二体の基板の間に半導体層及び電解質層を設けた色素増感型太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
色素増感型太陽電池は、二体の基板に各々導電性層を形成し、一方の導電性層上に半導体層を形成し、二体の基板間における半導体層と導電性層との間に電解質層を設けて形成されている。かかる色素増感型太陽電池としては、透明導電膜付き透明基板と、該透明基板と対極をなす導電性基板との間に色素を担持させた半導体電極と電解質層とがあり、光電変換によって前記透明導電膜と前記導電性基板との間に電気エネルギーを発生する湿式太陽電池において、前記半導体電極は、前記導電性基板を構成する金属の少なくともその一部分を酸化することによって得られる酸化膜である湿式太陽電池が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１２３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、導電性層は一般に高価な材料を用いて厳密な工程を経て形成されるものであり、導電性層を形成した基板はコスト高となることで、色素増感型太陽電池が高価なものとなっていた。また、対向基板に導電性層を形成する必要があることから、対向基板の形成に用いる材料には表面が平滑であること等の多くの制約があるものであった。
【０００５】
本発明は上記の如き課題に鑑みてなされたものであり、コストを低減することができ、また対向基板に用いる材料の自由度が高められた色素増感型太陽電池を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下のような構成としている。すなわち、本発明に係わる色素増感型太陽電池は、透明基板と、対向基板と、半導体材料に増感色素を担持させた光電極層と、電解質層と、前記透明基板に設けられ集電と陰極とを兼ねる透明導電性被膜と、陽極とを備え、前記透明導電性被膜上に前記光電極層が形成され、前記光電極層と前記陽極との間に前記電解質層が介在するようになされた色素増感型太陽電池であって、前記陽極が前記透明基板に設けられていることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係わる色素増感型太陽電池によれば、陽極が透明基板に設けられていることで、対向基板に高価な材料を用い且つ厳密な工程を経て陽極を設ける必要がなく、コストを低減することができる。また対向基板は陽極を設ける必要がなくなることから任意の材料を用いることができるようになり、対向基板を形成する材料の自由度が高められることとなる。
【０００８】
また前記陽極は、前記導電性被膜上に設けられていれば、陽極と光電極層とを電気的に接続するのに導電線等、他の手段を設ける必要をなくすことができ好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係わる色素増感型太陽電池によれば、陽極が透明基板に設けられていることで、対向基板に高価な材料を用い且つ厳密な工程を経て陽極を設ける必要がなく、コストを低減することができる。また対向基板は陽極を設ける必要がなくなることから任意の材料を用いることができるようになり、対向基板を形成する材料の自由度が高められることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係わる最良の実施の形態について、図面に基づき以下に具体的に説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係わる色素増感型太陽電池の、実施の一形態を示す縦断面図である。色素増感型太陽電池１０は、環状ポリオレフィン樹脂からなる透明基板４上にＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）からなる透明な導電性薄膜で集電をも兼ねる陰極１が形成され、陰極１上には多孔質の酸化亜鉛からなる半導体層に増感色素を担持させた光電極層３が形成されている。透明基板４上には、更に陰極１及び光電極層３と電気的に絶縁され、電力の取り出しを行うためのＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）により形成された＋電極７１が設けられており、この＋電極７１上に、同じく陰極１及び光電極層３と絶縁された白金からなる陽極２が形成されている。＋電極７１は色素増感型太陽電池１０の一端から外界に露出され、且つ他端には陰極１と連続して形成され且つ外界に露出された−電極７２が外界に露出されることで、＋電極７１及び−電極７２を用いて電力の取り出しが可能となされている。尚、陽極２及び光電極層３と、環状ポリオレフィン樹脂からなる対向基板５との間には、ヨウ素溶液である電解質層６が設けられており、光電極層３と陽極２とは、間に介在する電解質層６を介して電子のやりとりを行うようになされている。電解質層６は、透明基板４と対向基板５との間の両端付近に設けられた封止材８により封止されて漏洩しないようになされている。
【００１２】
ここで、従来の色素増感型太陽電池では、対向電極５のほぼ全面に亘ってＩＴＯ等の＋電極７１を設け、＋電極７１上に更に全面に亘って白金等の陽極２を設けていたことから、白金やＩＴＯといった極めて高価な材料を多く必要としてコスト高に繋がり、また蒸着等して形成する際に大面積に施す必要があることから、工程が煩雑なものとなっていた。光電極層３は、発電量が受光面積に比例するものであるから高い効率での発電を行うには広い面積が必要となるが、陽極２については電解質層６を介して光電極層３と電子のやりとりを行うことができればよいことから広い面積は必要とされず、図中に示すような極めて小さい面積を設けるのみで陽極２としての機能を果たすことができ、陽極２を形成する材料の節減も図ることができる。
【００１３】
陰極１及び＋電極７１は、別々の材料を用いて形成してもよいが、透明基板４の略全面にＩＴＯ等の導電性被膜を形成し、その導電性被膜の一部に透明基板４に達する傷をカッター等により形成することで絶縁を行い、その傷を挟んで一方に光電極層３、他方に陽極２を設けることで、極めて簡便に陰極１及び陽極２が設けられた透明基板４を形成することができる。また陰極１と別な材料を用いて＋電極７１を形成する場合、集電と陰極１とを兼ねる導電性被膜は光電極層３に光を透過させるために透明なものを用いる必要があるが、陽極２には光を透過させる必要がないことから必ずしも透明な導電性被膜により形成する必要はなく、適宜の導電性材料を用いて形成することができる。
【００１４】
また陽極２は、図２に示す如く、＋電極７１を兼ねるものとしてもよい。透明基板４の端部付近の一部を残して陰極１及び光電極層３を形成し、陰極１が形成されていない部分に陰極１及び光電極層３と絶縁した陽極２を形成し、その陽極２が連続して外界に露出されることで＋電極７１が形成されている。かかる＋電極７１により、ＩＴＯ等の＋電極７１を形成する材料を節減できると共に、ＩＴＯなどより電気抵抗の低い白金等の陽極２を形成する材料から電力を直接取り出すことができるようになり、＋電極７１の抵抗による発電効率の低下を抑えることができる。
【００１５】
更にまた、対向基板５を透光性のものとすれば、色素増感型太陽電池１０の表裏面両方からの光を光電極層３における発電に寄与させて発電効率を高めることができる。
【００１６】
図３は、本発明に係わる色素増感型太陽電池の、変形の一例を示す縦断面図である。まず図中左端の色素増感型太陽電池１０Ａは、図１に示したものと同様に、透明基板４上に形成された陰極１上に更に光電極層３が形成され、陰極１及び光電極層３と陽極２とが絶縁されると共に、光電極層３と陽極２との間に介在する電解質層６により光電極層３と陽極２との間で電子のやりとりを行うことができるようになされ、−電極７２は一端から外界に露出されているが、陽極２が形成された＋電極７１は外界に露出されず、更に透明基板４上を連続して隣接する色素増感型太陽電池１０Ｂの陰極１を形成するようになされている。隣接する色素増感型太陽電池１０Ａ及び１０Ｂの間は、封止材８により電解質層６が隔絶されることで、＋電極７１及び陰極１によってのみ電気的に接続されている。更に色素増感型太陽電池１０Ｂから隣接する色素増感型太陽電池１０Ｃに対しても同様に＋電極７１が連続して陰極１を形成するようになされている。かかる構造により色素増感型太陽電池を複数順次形成してゆくことで、色素増感型太陽電池１０Ａ〜１０Ｄが直列に接続された状態となり、発電時に高い電圧値を得ることができる。
【００１７】
通常、色素増感型太陽電池１０の一体辺りの発電電流は０．３〜０．５ｍＶ程度であり、実用上必要な電圧値を得るには複数の色素増感型太陽電池１０を直列に接続する必要があり、接続に係わる繁雑な作業や接続部分の強度の問題等が生じていたが、上述の構造によれば、一体の透明基板４及び対向基板５により直列に接続された状態の色素増感型太陽電池１０を形成することができ、接続に係わる作業が必要なく、また継ぎ目となる接続部分が生じないことから強度の問題も発生することがない。
【００１８】
図４は、本発明に係わる色素増感型太陽電池の、色素増感型太陽電池同士の接続の例を示す縦断面図である。接続される色素増感型太陽電池１０は、図１に示したような単独のものでもよく、図３に示したような直列の状態となされたものでもよく、所望の電圧値を得るための接続を示すものである。まず（ａ）に示す如く、色素増感型太陽電池１０を複数、上方が透明基板４となるように配置し、＋電極７１と−電極７２との端部間を導電体Ｅにより電気的に接続したものである。また（ｂ）は、上方が透明基板４となるように配置した色素増感型太陽電池１０Ａの露出された＋電極７１と、透明基板４が下方となるように配置した色素増感型太陽電池１０Ｂの露出された−電極７２とを上下方向に重ね合わせ、＋電極７１と−電極７２との間に導電体Ｅを設けて電気的に接続したものである。色素増感型太陽電池１０Ｂの対向基板５は透明となされ、上方から入射される光は対向基板５及び電解質層６を透過して光電極層３に入射されるようになされている。かかる構造により、＋電極７１及び−電極７２と導電体Ｅとが接触する面積を大きくして導電性を確保できると共に、接続部分の強度が導電体Ｅのみではなく、透明基板４及び対向基板５により支持されることで、接続部分の強度を高めることができる。
【００１９】
透明基板４の形成に用いられる材料は、透明性の高いガラス、強化ガラスや、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル等の透明性の高い合成樹脂等を用いることができる。対向基板５の形成については透明性が必要とされない場合には適宜の材料を用いて形成することができるが、透明性が必要とされる場合には透明基板４に挙げた材料を好適に用いることができる。また電解質層６に用いられる電解質溶液に対する耐久性の高いポリエチレンテレフタレート樹脂に加え、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂といったポリエステル合成樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン樹脂といったポリオレフィン系合成樹脂等も好適に用いることができる。
【００２０】
陰極１を形成する透明な導電性被膜については、透明性に優れると共に高い導電性を備えるスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、金、白金等やそれらを複数組み合わせたものを真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、泳動電着法等の適宜の方法により透明基板４上に形成したり、またはそれらの薄膜が形成されたフィルムを透明基板４に貼着したりする等して形成することができる。
【００２１】
陽極２は、白金、カーボン、導電性ポリマーや、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等の金属酸化物と前記物質との複合材料等で、陰極１と電位差が生じるような材料を用いて、真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、泳動電着法等の適宜の方法により導電性被膜や透明基板４上に形成したり、またそれらの薄膜が形成されたフィルムを透明基板４に貼着したりする等して形成することができる。
【００２２】
また＋電極７１及び−電極７２は、上述の実施形態に示す如く陰極１や陽極２から連続した材料を用いれば別途形成する必要がなく好ましいが、別体で形成する場合には、金属等の適宜の導電体を用いて形成することができる。
【００２３】
光電極層３は、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、Ｉｎ２Ｏ３、ＷＯ３、Ｆｅ２ＴｉＯ３、ＰｂＯ、Ｖ２Ｏ５、ＦｅＴｉＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３、ＺｎＯ、ＢａＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＫＴａＯ３、ＳｎＯ２、ＺｒＯ２などの半導体材料を用いて形成された薄膜に増感色素を担持させることで形成でき、半導体材料としてはこれらの内、コストや作業性等から酸化チタン（ＴｉＯ２）、又は透明性の薄層の形成性に優れ且つ電析が可能である酸化亜鉛（ＺｎＯ）が好適であるが、それに限定されるものではなく適宜のものを用いることができる。
【００２４】
また電解質層６としては、アセトニトリルとエチレンカーボネートの混合溶液や、メトキシプロピオニトリル等の溶媒に、ヨウ化リチウム、金属ヨウ素等の電解質を加えたもの等の液体電解質や、高分子ゲル電解液等の擬固体化電解質といった液体電解質系、ｐ型半導体、ホール輸送剤等の固体電解質系などを用いることができる。
【００２５】
また封止材８は、電解質層４２の漏洩を防止できるものであれば特に限定されるものではないが、シリコーン樹脂等のシーリング材を好適に用いることができる。またゴム、エラストマー等の弾性を有する合成樹脂をリング状にしたものを挟着して用いてもよい。
【００２６】
更にまた導電体Ｅは、導電性材料であれば特に限定されるものではなく、電気抵抗値が低い金属材料を好適に用いることができる。また導電性接着剤を用いることで、＋電極７１及び−電極７２を電気的に接続すると共に、色素増感型太陽電池間の接着を同時に行うことができ、接続に係わる作業を簡便なものとでき好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係わる色素増感型太陽電池の、実施の一形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係わる色素増感型太陽電池の、陽極の変形の一例を示す縦断面図である。
【図３】本発明に係わる色素増感型太陽電池の、変形の一例を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係わる色素増感型太陽電池同士の、接続の例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    陰極
２    陽極
３    光電極層
４    透明基板
５    対向基板
６    電解質層
１０  色素増感型太陽電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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